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在胚胎發(fā)生期間，細胞間接觸區(qū)域決定著細胞命運
點擊次數(shù)：806 發(fā)布時間：2020-7-23
作為一類海洋無脊椎動物，海鞘動物（Ascidians）顯示了一種形式的胚胎可重復性：在單個胚胎中可以發(fā)現(xiàn)同源細胞，早期的胚胎細胞譜系被認為是不變的。胚胎的幾何形狀甚至在4億年前分歧開的物種之間也是保守的，盡管它們的基因組非常不同。由于早期胚胎 發(fā)育的進化保守性和緩沖遺傳趨異的能力，海鞘成為研究細胞可重復性機制的一種有吸引力的模型系統(tǒng)。
在一項新的研究中，為了定量確定海鞘動物Phallusia mammillata的胚胎重現(xiàn)性，來自法國、美國和德國的研究人員首先建立了一個高分辨率的胚胎細胞譜系、細胞形狀和細胞相互作用的圖譜。他們利用多視角光片顯微鏡每2分鐘對10個活胚胎進行成像，直到神經(jīng)胚期（ neurula stage）結(jié)束。
為了系統(tǒng)地測量一系列的細胞時間和空間特征的發(fā)育變化，他們開發(fā)了一個強大的、可擴展的自適應(yīng)分割和跟蹤胚胎細胞程序（ASTEC），它與高通量多視角光片成像數(shù)據(jù)集兼容。他們將這些特征與細胞命運決定相關(guān)聯(lián)，而細胞命運決定在海鞘動物中主要是由差異性的姐 妹細胞誘導控制的。受之前研究工作---表明信號細胞（signaling cell）的接觸區(qū)域控制著海鞘的神經(jīng)誘導---的啟發(fā)，他們將他們的幾何結(jié)構(gòu)描述與信號基因表達圖譜整合在一起。這種整合使得他們能夠通過計算和實驗方法測試一個假設(shè)：接觸面積依賴性的細胞通信 對胚胎幾何結(jié)構(gòu)產(chǎn)生限制。
這些研究人員發(fā)現(xiàn)，一直到神經(jīng)胚期，Phallusia mammillata胚胎發(fā)育時沒有細胞生長、程序性細胞死亡或相鄰細胞交換。除了細胞位置、細胞周期持續(xù)時間和細胞譜系之外，他們還觀察到細胞排列的高度重現(xiàn)性。在所有10個研究的胚胎中，75%的細胞至少共享了80%的 相鄰細胞。此外，同源細胞之間的接觸區(qū)域在不同胚胎中的變化不到20%。在機制上，他們發(fā)現(xiàn)了細胞排列控制和不對稱細胞分裂之間存在緊密聯(lián)系，不對稱細胞分裂會產(chǎn)生不同命運的姐妹細胞。